عصر هوشمند‌سازی معادن

به گزارش می‌متالز، فعالیت معدنی در عصر دیجیتال با استفاده روزافزون از فناوری و اتوماسیون در استخراج و فرآوری مواد معدنی نسبت به دوره‌های قبلی متمایز می‌شود. استخراج دیجیتال شامل استفاده از فناوری‌های پیشرفته مانند حسگرها، روباتیک و تجزیه و تحلیل پیشرفته داده‌ها برای بهبود کارآیی عملیاتی و کاهش هزینه‌ها است. گرچه در کلیه فعالیت‌های معدنی می‌توان از فناوری‌های نوین مانند معدن‌کاری دیجیتال استفاده کرد، لیکن اهمیت آن در حوزه استخراج نسبت به سایر فعالیت‌های معدنی بیشتر است.

برخی از روند‌ها و پیشرفت‌های کلیدی در استخراج دیجیتال معادن عبارتند از:

• اتوماسیون فرآیند‌های استخراج: این عمل شامل اتوماسیون عملیات فیزیکی و دیجیتالی‌کردن آن‌ها می‌شود.
• آنالیز‌ها و حسگر‌های پیشرفته: این‌ها برای کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و کاهش زمان خرابی و در عین‌حال افزایش خروجی و بازیابی مواد شیمیایی استفاده می‌شوند.
• روباتیک و تجهیزات نیمه‌مستقل: برای انتقال نیروی انسانی، کاهش هزینه‌ها و خطرات استفاده می‌شود.
• فناوری بلاک‌چین: این فناوری برای بهبود شفافیت و ردیابی زنجیره تامین استفاده می‌شود و شرکت‌های معدنی را قادر می‌سازد تا منشأ مواد معدنی را ردیابی کنند.
• اینترنت اشیا: اینترنت اشیا می‌تواند برای بهبود کارآیی عملیاتی و کاهش هزینه‌ها با فعال‌کردن نظارت و کنترل در زمان واقعی عملیات استخراج مورد‌استفاده قرار گیرد.
• بیگ دیتا: از داده‌های بزرگ می‌توان برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها برای بهبود کارآیی و کاهش هزینه‌ها استفاده کرد.
• هوش مصنوعی: این قابلیت را می‌توان برای بهبود کارآیی عملیاتی، ایمنی معدن و گردش کار تولید با تولید داده‌های روزانه در نیمی از زمانی‌که قبلا در این زمینه استفاده می‌شد استفاده کرد.
• تجسم داده‌های مکانی: این فناوری را می‌توان برای بهبود تصمیم‌گیری و کارآیی عملیاتی با ارائه نمایشی بصری از عملیات معدن استفاده کرد.
• واقعیت‌مجازی: از این قابلیت می‌توان برای بهبود آموزش و ایمنی با ارائه یک شبیه سازی واقعی از عملیات استخراج استفاده کرد.
• پهپادها: این تجهیزات را می‌توان برای بهبود ایمنی و کارآیی با ارائه نظارت در زمان واقعی بر عملیات معدن‌کاری و امکان بازرسی از راه دور استفاده کرد.

تفاوت فاحش معادنی که از فناوری‌های جدید (معدن‌کاری دیجیتال) برای افزایش بهره وری خود استفاده می‌کنند برای متخصصان حوزه معدن چیز جدیدی نیست. براساس یک نظرسنجی که در سال‌۲۰۱۷ از بیش از ۷۰۰نماینده صنعت معدن انجام شد، مشخص شد که اکثر فعالان برتر معدن قبلا تحولات خود را از حوزه سنتی به دیجیتال در برخی بخش‌ها آغاز کرده اند. بیشترین تفاوت نیز از طریق سرمایه‌گذاری در فناوری‌های مستقل و مبتنی بر اینترنت اشیا بوده‌است، اما بازیگران بزرگ و آینده‌نگر که در مسیر نوآوری قرار دارند، تنها حدود ۱۰‌درصد از صنعت معدن در جهان را تشکیل می‌دهند و این به‌آن معنی است که ۹۰‌درصد بخش معدن جهان هنوز در وضعیت معدن‌کاری عصر انقلاب صنعتی هستند. در ادامه برخی از نوآورانه‌ترین روش‌ها و فناوری‌های معدن‌کاری دیجیتال ارائه شده‌است.

الف: ماشین‌های استخراج خودکار: این وسایل نزدیک به دو دهه‌است که تولیدشده‌اند. به‌عنوان مثال معدن آهن پیلبارا ریو تینتو در سال‌۲۰۰۸ حدود ۸۰کامیون کوماتسو بدون راننده را به‌کار گرفت و این کار بهره وری استخراج آن‌ها را به‌شدت افزایش داد. بسیاری از بازیگران بزرگ بخش معدن در جهان به‌زودی از این تجربه پیروی خواهند کرد و برخی از آن‌ها مانند بی‌اچ پی بیلیتون و سانکور عمدتا از ماشین‌آلات شرکت‌های مطرحی مانند کاترپیلار، ساندویک، کوماتسو و اطلس‌کوپکو که در حال‌حاضر نوآورترین و مهم‌ترین بازیگران در بخش خودرو‌های معدنی دیجیتال هستند، استفاده می‌کنند. این وسایل نقلیه انقلابی در معدن‌کاری ایجاد کردند، زیرا برای اولین‌بار به انسان اجازه می‌دادند که با ماشین‌آلات ارتباط برقرار کرده و از راه دور آن‌ها را کنترل کنند. این موضوع باعث می‌شود که آن‌ها برای استفاده در معادن زیرزمینی و همچنین سایر محیط‌های خطرناک که خطر ایمنی انسان بالا است، ایده‌آل باشند. اکثر ماشین‌های استخراج دیجیتالی؛ در واقع نیمه‌مستقل هستند. به‌عبارت دیگر، آن‌ها هنوز برای موقعیت‌های خاصی که نمی‌توانند به تنهایی از عهده وظایف و شرایط کاری برآیند، به کمک‌های انسانی نیاز دارند. این خودرو‌های حفاری زیرزمینی از طریق تجهیز به ابزار‌ها و دوربین‌های کنترل از راه دور، مستقل می‌شوند و به معدن‌کاران اجازه می‌دهند تا اقدامات لازم را انجام دهند و مناطق اطراف را از راه دور ببینند. امروزه تمرکز از وسایل نقلیه استخراج مستقل اصلی به سمت ساخت «سیستم استخراج خودکار» تغییر کرده است و این موضوع می‌تواند وظایف را به‌صورت خودکار یا با حداقل کنترل خارجی تغییر دهد. ماشین‌آلات دیجیتال که در سطح زمین به‌کار گرفته می‌شوند قادر هستند حوادث را کاهش داده و ایمنی نیروی کار را افزایش دهند. همچنین تجربه شرکت‌های پیشرو نشان داده‌است که استفاده از این ماشین‌آلات بهره وری معادن را افزایش می‌دهد، زیرا تجهیزات می‌توانند سریع‌تر حرکت کرده و مسافت‌های طولانی تری را پوشش دهند، به‌همین‌دلیل هزینه‌ها را نیز کاهش می‌دهند.

ب: همزاد دیجیتال: اپراتور‌های معدن به‌طور سنتی مدیریت اطلاعات مهندسی و استخراج را در طول چرخه عمر دارایی دشوار می‌دانند. فناوری جدید که با نام همزاد دیجیتال مطرح شده‌است می‌تواند به این امر کمک کنند. این فناوری کپی‌مجازی دارایی‌ها، فرآیند‌ها و سیستم‌های فیزیکی است که نمایشی از عناصر اصلی و پویایی دستگاه‌های اینترنت اشیا مورد‌استفاده در محل یا سیستم نشان داده شده را ارائه می‌دهد؛ در واقع این فناوری نوعی ماکت دیجیتال از شرایط فیزیکی است. همزاد دیجیتال از هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل نرم افزار با داده‌ها برای ارائه مدل‌های شبیه سازی دیجیتالی لحظه‌ای استفاده می‌کنند که به طور مداوم به‌عنوان همتایان واقعی و فیزیکی خود به روزرسانی می‌شوند. همزاد دیجیتال به اپراتور‌های معدن اجازه می‌دهد تا توانایی‌ها و بلوغ مدیریت داده‌های مهندسی را ارزیابی کرده و مناطقی را که ممکن است داده‌ها یا نظارت وجود نداشته‌باشد، کشف کنند. این امر به آن‌ها این امکان را می‌دهد تا تلاش‌های دیجیتالی خود را به حوزه‌هایی که بیشترین نیاز و تاثیر را دارند هدایت کنند. به‌عنوان مثال، Anglo American Plc به‌عنوان یک شرکت مستقر در بریتانیا که منابع نیکل، زغال‌سنگ و فلزات گرانبها را استخراج می‌کند، اخیرا شروع به استفاده از همزاد دیجیتال برای بهینه‌سازی ناوگان معدنی خود کرده‌است. این فعالیت‌ها شامل استفاده از برنامه‌های کاربردی برای ردیابی عملکرد حمل‌ونقل در سایت معدنی Los Bronces در شیلی و در یک محدوده ۵۰۰‌کیلومتری در برزیل نیز است.

پ: هوش عملیاتی: این فناوری کلید ایجاد همزاد دیجیتالی از معادن است. هوش عملیاتی زمانی استفاده می‌شود که اپراتور‌ها بخواهند بخش‌هایی از عملیات خود را دیجیتالی کنند تا شواهد آنی را جمع‌آوری کرده و تصمیم‌گیری مبتنی بر داده را در سازمان خود آغاز کنند. در معادن، این کار به دیجیتالی‌کردن دارایی‌های پویا مانند کارگران، وسایل نقلیه و دارایی‌های حیاتی مانند شیب ها، سد‌ها و ... برای تجسم رفتار آن‌ها منجر می‌شود؛ در واقع با جمع آوری این اطلاعات و ایجاد توصیه‌هایی از طریق نرم افزار OI که بر اساس بینش‌های تاریخی و زمان واقعی است، دیجیتالی‌کردن اطلاعات انجام می‌شود. این راه‌حل‌ها از اقدامات گذشته از طریق هوش‌مصنوعی (به‌طور خاص با یادگیری ماشین) آموزش می‌بینند و بنابراین می‌توانند فرآیند‌های تصمیم‌گیری خود را بهبود بخشند. یک راه حل OI باید بتواند هشدار‌ها را در صورتی‌که بخش‌هایی از عملیات، سطح مشخصی از ناهنجاری را نشان می‌دهد، راه‌اندازی کند. همچنین باید به اپراتور‌ها برای هماهنگ‌کردن اقدامات برای افزایش بهره وری کمک کند. برای مثال، OI می‌تواند نظارت در زمان واقعی همه دارایی‌های مختلف معدن را برای اطمینان از کارآیی و ایمنی تسهیل کرده یا به تیم‌ها کمک کند تا کارآیی روش‌های ارتباطی خود، مانند برنامه‌های تلفن‌همراه و دستگاه‌های دستی را افزایش دهند.

ت: نظارت بی‌سیم: تخمین‌زده می‌شود که اکثر معادن طی ۵ سال‌آینده حداقل بخشی از عملیات خود را با سیستم‌های OI دیجیتالی کنند. علاوه‌بر این، در یک دهه‌آینده، اکثر معادن احتمالا با همزاد دیجیتال زیرساخت و گردش کار خود را تطبیق خواهند داد، با این حال امروزه بیشتر معادن هنوز باید اولین گام خود را به سمت عملیات دیجیتال بردارند که این کار جایگزینی خوانش دستی یا خودکار کابل با سیستم‌های نظارت بی‌سیم است. منابع معدنی، معمولا در مناطقی هستند که دسترسی به آن‌ها سخت است، بنابراین قرائت دستی توسط کارگران هم زمان‌بر و هم خطرناک است. وقتی کارگران داده‌ها را جمع آوری می‌کنند و به محل بررسی بازمی گردند، اطلاعاتی که جمع آوری کرده‌اند نسبتا قدیمی به‌شمار می‌رود. کار با اطلاعات غیرواقعی می‌تواند تاثیر مهمی بر عملیات استخراج داشته‌باشد. به‌عنوان مثال، فشار آب منفذی در سد‌های باطله می‌تواند به‌سرعت تغییر و به زیرساخت فشار وارد کند. این موضوع می‌تواند باعث شکستن سد شود که اغلب با اثرات بسیار مخربی همراه است. با خوانش کابلی، اپراتور‌ها می‌توانند با خودکار‌کردن فرآیند‌های جمع‌آوری داده، خطرات را کاهش دهند، با این حال نصب کابل‌ها در سراسر زیرساخت معدن می‌تواند پرهزینه و بسته به منطقه، پیچیده و زمان‌بر باشد. گزینه بعدی به شکل سیستم‌های نظارت بی سیم است که می‌تواند انواع حسگر‌ها را به‌هم متصل کند؛ مانند پیزومتر‌ها برای اندازه گیری فشار آب منفذی در سد‌های باطله. آن‌ها داده‌های آنی را به یک منبع منتقل می‌کنند و می‌توانند اطلاعات را به یک سرور مستقر در یک برج کنترل تا فاصله ۹ مایلی (۱۵‌کیلومتری) انتقال دهند، در نتیجه به اپراتور‌ها اجازه می‌دهند از راه دور منابع مهم را نظارت کنند. این باعث تولید بهره وری بیشتر می‌شود، زیرا در دسترس بودن منابع تقریبا ثابت می‌ماند. به‌طور خلاصه با سیستم‌های مانیتورینگ بی سیم هزینه‌های عملیاتی به این دلیل کاهش می‌یابد.

ث: سیستم GPS: سامانه‌های موقعیت یابی و ناوبری ماهواره‌ای موقعیت یاب جهانی (GPS) اخیرا توسط برخی شرکت‌های معدنی بر روی مته‌های blasthole و بیل‌های کابل برق در معادن روباز خود توسعه و پیاده سازی شده‌اند. این سیستم‌های GPS تصاویر دقیق و سه بعدی از محل مته یا مسیر‌های بیل را از طریق نمایشگر نقشه متحرک (MMD) روی صفحه نمایش ارائه می‌دهند. این کار به اپراتور اجازه می‌دهد تا مته را به‌دقت از سوراخی به سوراخ دیگر هدایت کرده، درجه بیل موردنظر خود را حفظ کند و موقعیت را از یک مکان دوردست حفظ کند. برای این نوع سیستم قطعات ثابت و بادوام GPS مورد‌نیاز است تا در‌برابر شرایط اغلب شدید محیطی مقاومت کند. یکی از نمونه‌های استفاده از سیستم‌های GPS در معادن روباز توسط شرکت AQUILA Mining Systems Ltd به‌کار گرفته‌شده‌است. این شرکت سیستم GPS را در معادن زغال‌سنگ و سنگ‌آهن روباز کانادایی خود مورد‌استفاده قرار می‌دهد.

ج: ردیابی نیروی کار: پیشرفت در فناوری‌های پوشش آن‌ها را به ابزاری ایده‌آل برای ردیابی نیروی کار در معادن تبدیل می‌کند. آن‌ها به‌ویژه برای تعمیر و نگهداری صحرایی و دستورالعمل‌های بازرسی ماشین در زمان واقعی و بهبود مراقبت و ایمنی مبتنی بر اپراتور به‌ویژه برای معادن زیرزمینی مفید هستند. این پوشش‌ها امکان ردیابی پرسنل و مشاهده لحظه‌ای همه کارکنان را فراهم می‌کنند. همچنین می‌توان از آن‌ها برای شناسایی مکان‌هایی که می‌توان بهره وری را افزایش داد و برای نظارت بر زمان و سوابق حضور و غیاب کارکنان استفاده کرد. از نظر ایمنی نیروی کار، پوشش‌ها و نقش آن‌ها در یک شبکه نظارتی بزرگ‌تر مبتنی بر اینترنت اشیا به‌طور قابل‌توجهی زمان واکنش را در مواقع اضطراری بهبود می‌بخشد و به اپراتور‌ها و کارکنان این امکان را می‌دهد که در صورت وقوع یک حادثه فورا مطلع شوند. آن‌ها همچنین می‌توانند مسائل ایمنی و حوادث آتی را با محدود‌کردن دسترسی به مناطق بالقوه خطرناک در معدن به حداقل برسانند. ردیابی نیروی کار همچنین امکان بهره وری بیشتر در معدن را فراهم می‌کند، زیرا کارگران به‌طور موثرتری مدیریت می‌شوند و حوادث احتمالی که باعث کاهش ساعات کار می‌شود به‌شدت کمتر می‌شود.

با توجه به آنچه گفته شد، آینده معدن‌کاری با دیجیتالی‌شدن گره خورده است و حتی خیلی از شرکت‌های بزرگ معدنی در مناطق محروم جهان، مانند کشور‌های آفریقایی، به استفاده از آن روی‌آورده اند. این موضوع شامل استفاده از هواپیما‌های بدون‌سرنشین و سایر فناوری‌های پیشرفته برای بررسی سایت‌های استخراج، استفاده از تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ برای بهبود کارآیی عملیاتی و استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی فرآیند‌های استخراج است. پهپاد‌ها می‌توانند مناطق وسیعی را به‌سرعت پوشش دهند و داده‌هایی با وضوح بالا جمع‌آوری کنند، به‌همین‌دلیل می‌توان از آن‌ها برای تهیه نقشه‌های دقیق و مدل‌های سه‌بعدی از سایت‌های معدنی استفاده کرد. این به بهبود دقت بررسی‌های زمین‌شناسی کمک می‌کند و همچنین می‌تواند برای نظارت بر اثرات زیست‌محیطی استفاده شود. به‌عنوان مثال، گروه De Beers از هواپیما‌های بدون‌سرنشین برای نقشه‌برداری و ارزیابی اثرات زیست‌محیطی معادن الماس خود در بوتسوانا استفاده می‌کند. گزارش‌های منتشرشده نشان می‌دهد که برخی شرکت‌های استخراج معدن در آفریقا نیز از تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ برای بهبود تصمیم‌گیری و کارآیی عملیاتی استفاده می‌کنند. تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ می‌تواند برای تجزیه و تحلیل حجم وسیعی از داده‌ها از حسگر‌ها و سایر منابع برای شناسایی الگو‌ها و روند‌ها استفاده شود که این موضوع می‌تواند برای بهینه‌سازی فرآیند‌های استخراج و کاهش هزینه‌های معدن‌کاری مورد‌استفاده قرار گیرد. به‌عنوان مثال، شرکت Gold Fields از تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ برای بهینه‌سازی عملیات استخراج خود در معدن Tarkwa در غنا استفاده می‌کند که این امر منجر به افزایش ۵‌درصدی در تولید طلا و کاهش ۱۰‌درصدی هزینه‌ها شده‌است. شرکت‌های استخراج معدن در آفریقا نیز از فناوری واقعیت‌مجازی (VR) برای اهداف آموزشی نیز استفاده می‌کنند. فناوری VR می‌تواند برای شبیه‌سازی عملیات استخراج و ارائه سناریو‌های آموزشی واقعی برای کارگران استفاده شود. این امر به بهبود ایمنی و کاهش خطر تصادف کمک می‌کند. به‌عنوان مثال، شرکت Anglo American از این فناوری برای آموزش کارگران در معدن سنگ‌آهن Kolomela در آفریقای‌جنوبی استفاده می‌کند. در کنار این فناوری‌ها، امروزه شرکت‌های استخراج مواد معدنی در آفریقا در حال بررسی استفاده از فناوری بلاک‌چین برای مدیریت زنجیره تامین هستند. بلاک‌چین می‌تواند برای ردیابی حرکت مواد معدنی و سایر مواد از معدن به‌کاربر نهایی مورد‌استفاده قرار گیرد و شفافیت و مسوولیت پذیری بیشتری را فراهم آورد. به‌عنوان مثال، شرکت IBM با اتحادیه آفریقا برای توسعه یک سیستم مبتنی بر بلاک‌چین برای ردیابی منشأ مواد معدنی در آفریقا همکاری می‌کند.

بنابراین، در این گزارش سعی شد جنبه‌های معدن‌کاری دیجیتال و نوآوری‌های اخیر آن به‌صورت موردی در کشور‌های مختلف بیان شود، لذا کارآیی‌های آن نباید از نظر دور نگه داشته شود و برای بخش معدن در کشور خودمان نیز باید مورد‌استفاده قرار گیرد، زیرا، افزایش بهره وری و کاهش هزینه‌ها که با معدن‌کاری دیجیتال ممکن خواهد بود، برگ برنده حضور و رقابت در بازار‌های جهانی است.

منبع: دنیای اقتصاد